超高分辨率显微镜(建议用Word2016打开)
2017高考生物一轮复习专题训练：专题2 细胞的结构和功能 Word版含解析
时间：45分钟满分：100分基础组(共70分，除标注外，每小题5分)1．[2016·枣强中学预测]2014年诺贝尔奖成果——超分辨率荧光显微镜，将光学显微镜带入到纳米维度，下列有关其应用的说法错误的是()A．能观察埃博拉病毒中核糖体的分布B．能观察受体在神经突触中的分布C．可捕捉细胞骨架的动态重构过程D．可追踪受精卵中蛋白质的变化情况答案 A解析病毒的结构简单，无细胞结构，无核糖体，A错误。
2．[2016·冀州中学一轮检测]下列细胞结构的物质组成最相似的一组是()A．内质网膜和高尔基体膜B．细胞膜和细胞壁C．核糖体和染色体D．拟核和细胞核答案 A解析内质网膜和高尔基体膜都是生物膜，组成它们的成分主要是磷脂和蛋白质；细胞膜的成分主要是磷脂和蛋白质，组成细胞壁的成分与细胞膜差异很大，如组成植物细胞壁的成分主要为纤维素和果胶；核糖体是由蛋白质和rRNA组成的，染色体的成分主要是蛋白质和DNA；拟核由环状DNA组成，组成细胞核的成分包括磷脂、蛋白质、DNA、RNA等。
3．[2016·武邑中学一轮检测]下列关于生物体细胞结构及功能的叙述中，错误的是()A．线粒体是人体细胞产生CO2的唯一场所B．细胞核内的核仁与核糖体的形成有关C．高等植物细胞内的ATP都是在叶绿体或线粒体内形成的D．细胞膜的结构特点是具有一定的流动性答案 C解析人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，A正确；核仁与核糖体的形成有关，B正确；高等植物细胞内合成ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体，C错误；细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，D正确。
4．[2016·武邑中学月考]将一个细胞中的磷脂成分全部提取出来，并将其在空气—水界面上铺成单分子层，结果测得单分子层的表面积相当于原来细胞膜表面积的两倍。
用下列细胞实验与此结果最相符的是()A．人的肝细胞B．蛙的红细胞C．洋葱鳞片叶表皮细胞D．大肠杆菌细胞答案 D解析大肠杆菌中只有细胞膜，没有其他膜结构，磷脂在细胞膜中呈双层排列，因此形成单层膜时表面积相当于原来细胞膜表面积的两倍。
角膜共聚焦显微镜检查流程 -回复
角膜共聚焦显微镜检查流程-回复角膜共聚焦显微镜（Confocal Corneal Microscopy）是一种非侵入性的角膜成像技术，通过其高分辨率的能力，可以帮助医生诊断和评估各种眼部疾病，如角膜炎、角膜溃疡和角膜屈光不正等。
本文将详细介绍角膜共聚焦显微镜检查的流程。
一、麻醉在进行角膜共聚焦显微镜检查前，需要先对患者进行麻醉，以避免不适和疼痛感。
一般而言，麻醉眼药水会被滴入患者双眼，然后患者需要等待片刻，以确保麻醉效果充分。
二、准备设备在患者眼睛麻醉后，医生会开始准备角膜共聚焦显微镜。
这包括将显微镜装置安装到显微镜座上，并连接电源。
接下来，医生会进行一系列校准步骤，以确保显微镜设备能够获得高质量的成像。
三、就位和调焦患者需要靠近显微镜，并将他们的额头适应在显微镜的头架上。
医生会逐步调节显微镜，以确保患者的眼睛对准了显微镜的接口，从而获得清晰的成像。
接着，医生会将显微镜对焦到患者的角膜表面，以获得最佳成像。
四、显微镜成像一旦就位并调焦完毕，角膜共聚焦显微镜将开始进行成像。
医生会使用显微镜上的控制按钮或计算机软件，控制成像的深度和速度。
他们会选择适当的成像模式和参数，以获取所需的角膜信息。
在成像过程中，患者需要保持眼睛保持固定，以确保成像的稳定性和准确性。
五、结果分析在角膜共聚焦显微镜成像完成后，医生会对所得的图像进行分析和评估。
他们会仔细观察图像的每个细节，以确定角膜的结构、层次和表面的情况。
医生可以使用不同的成像模式和波长来观察角膜上不同的细胞和组织类型，以便检测异常或病变。
六、诊断和建议基于角膜共聚焦显微镜成像的结果和分析，医生将能够做出准确的诊断，并提供相关的治疗建议。
根据检查结果，医生可以决定是否需要进行其他的检查或测试，以进一步了解眼部疾病的程度和影响。
总结起来，角膜共聚焦显微镜检查是一项快速、无创且非常准确的眼科诊断工具。
通过该检查，医生可以获得角膜的详细图像，以帮助他们诊断和了解各种眼部疾病。
超分辨率显微镜的使用步骤和技巧
超分辨率显微镜的使用步骤和技巧超分辨率显微镜是一种现代化的显微成像技术，可以提供超过传统显微镜分辨力的图像。
它的使用可以在细胞、分子和材料科学领域带来许多重要的应用。
本文将介绍超分辨率显微镜的使用步骤和一些技巧，确保您能够正确并有效地使用这一先进的仪器。
使用步骤：1. 准备样本：首先，选择适合超分辨率显微镜分辨率的样本。
样本应具备较高的荧光信号和较低的背景噪声水平，以获得清晰的图像。
微胶束、活细胞、单分子和纳米颗粒都是常见的适用样本。
2. 标记样本：在使用超分辨率显微镜之前，样本需要进行荧光标记。
合适的标记方法包括使用荧光探针、染料或免疫标记技术。
确保标记物能够与您感兴趣的结构高度特异性地结合。
3. 调整光路参数：在使用超分辨率显微镜之前，您需要调整光源、检测器和镜片的位置和设置。
请根据仪器的操作手册进行正确设置，以确保光路参数的准确性和优化，以获得高分辨率图像。
4. 调节显微镜焦距：超分辨率显微镜需要在样品和镜片之间形成最佳焦距。
通过调节显微镜的焦距来确保样品在成像时处于最佳状态，并获得最高的分辨率。
5. 选择合适的成像模式：根据样品类型和感兴趣的结构，选择适合的超分辨率成像模式。
常见的成像模式包括结构照明显微镜（SIM）、刺激发射显微镜（STED）和单分子显微镜。
6. 获取图像数据：根据您的设置，在显微镜软件中选择适当的参数并开始图像采集。
确保采集图像时设置适当的曝光时间，以避免图像过曝或过暗。
7. 图像处理和分析：获取图像后，您可以借助图像处理软件进行优化和增强。
常见的图像处理软件包括ImageJ、Fiji和MATLAB等。
对于超分辨率显微镜图像，通过去卷积和增强对比度等方法，进一步提高图像质量。
技巧：1. 样本准备的关键性：在使用超分辨率显微镜之前，样本的准备至关重要。
确保样品固定、染色和标记过程正确，以避免破坏或变形样品。
2. 避免光破坏：超分辨率显微镜对光的要求很高，所以在进行成像时，应避免长时间暴露在强光下。
高端电子显微镜实验室环境设计与建设技术要点
电子显微学报Journal of Chinese Electron Microscopy Society第 40 卷 第 1 期2021年2月Vol. 40,No. 12021-02文章编号：1000-6281（2021）01-0078-12高端电子显微镜实验室环境设计与建设技术要点郭振玺',2**，张 斌3，豆瑞发4,茶丽梅5,陈永圣6，邵 博裴 霞韩玉刚6收稿日期：2020-10-15；修订日期：2020-12-26基金项目：北京大学仪器创新研制项目（No.6202000080/003）；北京航空航天大学工程训练中心合作项目（No.8300300194）；深圳军民融合装备技术研究院合作项目（No.8430102318）.作者简介：郭振玺（ 1986-），男（汉族），河北邯郸人，咼级工程师，博士. E-mail ：guozhenxi@ *通讯作者：郭振玺（ 1986-），男（汉族），河北邯郸人，高级工程师，博士. E-mail ：guozhenxi@ 韩玉刚（1975-），男（汉族），河北张家口人，研究员.E-mail ：yugangh@ （北京大学1.生命科学学院,2.冷冻电镜平台，北京100871； 3.重庆大学分析测试中心，重庆401331；4.北方工程设计研究院有限公司，河北石家庄050011 ；5.广东以色列理工学院材料系，广东汕头515063； 6.中国科学院生物物理研究所蛋白质科学研究平台，北京100101）摘要 电子显微镜（以下简称电镜）是具有超高分辨率的高精密电子光学仪器，广泛应用于科研、工业、医疗、食品安全和生命健康等众多领域，已成为现代物质形态与微结构的重要测试表征与科学研究仪器。
近年来，随着球差/色差校正技术、各类原位电镜技术等的快速发展与应用，原子尺度（静态与动态）微结构图像的获取已不再遥 不可及。
冷冻电镜的发展与普及，更是为生物大分子复合物、软物质等的研究带来了革新。
STED显微镜
受激发射损耗的基本原理
如果你有一根粗笔，怎么能够用它画细线？ 买块橡皮。先画个粗的，再擦去两边的多余部分. STED用的就是这个原理。 使用一种合适的激光,仅激发一个点的荧光基团使其 发光,然后再用一个面包圈样的光源抑制那个点周围 的荧光强度,这样就只有一个点发光并被观察 了.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
受激发射损耗的基本原理
衍射极限
突破光学衍射极限的办法之一是近场光学显微镜,它 是利用探针探测样品表面的隐失场而获得样品表面 信息. 在一些领域,比如生物上观察活细胞,仅有表面信息 是远远不够的,迄今为止远场光学显微术仍是显示细 胞内部三维结构的重要方法. STED荧光显微镜是一种可以突破光学衍射极限的远 场光学显微术.
激发光可以使基态荧光粒子从基态跃迁到激发态,随 后用损耗光(损耗光就是用来损耗荧光的光)照射样 品,引起荧光物质的受激辐射, 消耗了可以发射荧光 的能级(荧光态)上的粒子数。受激辐射的作用是迫 使粒子在它们被激发之后立刻回到基态 ,使焦斑上 那些受到损耗的荧光分子失去发射荧光光子的能力 , 而剩下的可发射荧光区被限制在小于衍射极限区域 内, 于是获得了一个小于衍射极限的发光点. 激发光将基态粒子激发到激发态后,向下跃迁的几率 K=σ×I.
使用一种合适的激光仅激发一个点的荧光基团使其发光然后再用一个面包圈样的光源抑制那个点周围的荧光强度这样就只有一个点发光并被观察激发光可以使基态荧光粒子从基态跃迁到激发态随后用损耗光损耗光就是用来损耗荧光的光照射样品引起荧光物质的受激辐射消耗了可以发射荧光的能级荧光态上的粒子数
衍射极限
18 世纪 70 年代,德国物理学家恩斯特-阿贝(Ernst Abbe)发现,可见光由于其波动特性会发生衍射,因而 光束不能无限聚焦.后经瑞利归纳为瑞利判据. 以前人们认为传统光学显微镜的极限为200nm(λ/2). 小于这个尺寸的物体必须借助电子显微镜或隧道扫 描显微镜才能观察。
STED超分辨成像技术
STED超分辨成像技术超分辨光学成像超分辨光学成像特指分辨率打破了光学显微镜分辨率极限（200nm）的显微镜，技术原理主要有受激发射损耗显微镜技术和光激活定位显微镜技术。
简介光学显微镜凭借其⾮接触、⽆损伤等优点，长期以来是⽣物医学研究的重要⼯具。
但是，⾃1873年以来，⼈们⼀直认为，光学显微镜的分辨率极限约为200 nm，⽆法⽤于清晰观察尺⼨在200 nm以内的⽣物结构。
超分辨光学成像(Super-resolution Optical Microscopy)是本世纪光学显微成像领域最重⼤的突破，打破了光学显微镜的分辨率极限（换⾔之，超越了光学显微镜的分辨率极限，故被称为超分辨光学成像），为⽣命科学研究提供了前所未有的⼯具。
光学显微镜的分辨率1873年，德国物理学家恩斯特·阿贝(Ernst Abbe)提出，光学显微镜受限于光的衍射效应和光学系统的有限孔径，存在分辨率极限（也称阿贝极限），其数值约为l / 2NA（分辨率极限公式），其中l是光波波长，NA是光学系统的数值孔径（Numerical Aperture）。
, n为介质的折射率，a为物镜孔径⾓的⼀半。
成像时若使⽤波长为400 nm的光，并采⽤空⽓（折射率为1）作为物镜和样本之间的介质，可计算得到分辨率极限为200 nm。
因此，我们通常说，光学显微镜的分辨率极限约为200 nm。
此后的研究表明，光学显微镜的分辨率决定于光学系统中聚焦光斑（称为艾⾥斑, Airy disc）的尺⼨。
另外，当⼀个艾⾥斑的边缘与另⼀个艾⾥斑的中⼼正好重合时，此时对应的两个物点刚好能被⼈眼或光学仪器所分辨（这个判据称为瑞利判据，Rayleigh Criterion）。
利⽤瑞利判据以及艾⾥斑的数学表达式，我们可以得到光学显微镜的分辨率公式：0.61λ/NA。
值得指出的是，光学显微镜的分辨率公式跟前⾯提到的分辨率极限公式有所不同，⽽前者更⼴泛的被光学成像领域使⽤。
初三语文期中考试试卷
初三语文期中考试试卷考试范围：xxx ；考试时间：xxx 分钟；命题人：xxx 姓名：___________班级：___________考号：___________1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息 2．请将答案正确填写在答题卡上一、选择题1.下列各句中加点词语使用恰当的一项是 （3分）A ．孩子能干的事就让孩子自己干，家长不能什么事都越俎代庖。
B ．马拉松比赛的起跑线上人头攒动，只听发令枪声一响，运动员们纷至沓来，向终点跑去。
C ．一时间，满天的大雾把什么都遮没了，就是远处的电线杆也躲得杳无音信。
D ．游客离开后，留下一地的包装袋、餐巾纸，不文明的行为令人叹为观止。
2.请选出下列句子中划线成语运用有误的一项（ ）A ．被誉为“最美司机”的吴斌，几十年如一日服务乘客，任劳任怨，在生命的最后时刻，顶着肋骨被撞断和肝脏破裂的剧痛，停稳汽车，保障了乘客的安全。
B ．这堂诗歌鉴赏课，语文老师匠心独运，以画配诗，诗画相得益彰，意蕴无穷C ．欧洲杯盛大开幕，各路绿茵豪强捉对厮杀，一时成为球迷们津津乐道的话题D ．这篇小说，人物个性鲜明，情节抑扬顿挫，语言幽默诙谐，让人只想先睹为快3.对下面语段中所使用的标点符号的修改不正确的一项是“如果你是一颗最小的螺丝钉，你是否永远坚守在你生活的岗位上？”这是雷锋在日记中写下的一句话。
我们可以看到——生活中有很多人兢兢业业地工作，就像是一颗螺丝钉。
他们干一行，爱一行，钻一行，在自己的岗位上学习践行雷锋精神，一滴水可以折射太阳的光芒，小小的钉子，大写的人字！小小的事情，高尚的品格。
A ．引用雷锋日记中的话，句末问号应去掉。
B ．“可以看到”后面的破折号应改为逗号。
C ．“学习践行雷锋精神”后面应使用句号。
D ．“小小的事情”前面的叹号应改为分号。
4.下列词语中没有错别字的一组是A．亵渎涟漪迥乎不同广袤无垠B．诘难栈桥芊芊细草龙吟凤岁C．羁畔荫庇人声鼎沸怏怏不乐D．吊唁轩榭味同爵蜡鹤立鸡群5.下列文学常识错误的一项是( )(4分)A．《故乡》作者鲁讯，原名周树人，字豫才，文学家、思想家、革命家。
FEI台式扫描电镜PHENOM(飞纳)
成份模式成像原理： ４块背散射探测 器扇区所得的信号相叠加。
形貌模式成像原理： ４块背散射探测器扇 区分为相对的两组，所得的信号相减。
5
成份模式图像
形貌模式图像
包含样品成份与形貌信息
仅突出样品表面形貌特征
高亮度 ＆ 长寿命 ＣｅＢ６ 灯丝
Ｐｈｅｎｏｍ采用ＣｅＢ６灯丝，不仅亮度为钨灯丝的１０倍，为您提 供更高的图像对比度，寿命更是长达１５００小时，为钨灯丝的 １５－４０倍，可正常使用２－４年无需更换灯丝，免去了您频繁更 换灯丝的麻烦，保证工作进度。
空气过滤网ＳＥＭ图像
左：纤维系统自动进行纤维直径及孔径的测量
右：左图中纤维尺寸的分布柱状统计图。用 户可以对统计图坐标进行调整。纤维的最小、 最大及平均尺寸均显示在图片下方。
应用示例
齿轮
木炭 10
球形石墨
金属滤网
ＦＥＩ 公司旗下Ｐｈｅｎｏｍ－Ｗｏｒｌｄ ＢＶ 荣誉出品
应用示例
11
卵壳内侧
过滤纤维
Ｐｈｅｎｏｍ 采 用 ４ 扇 区 式 背 散 射 电子探测器，为您提供两种成 像模式：
• 成份模式（Ｆｕｌｌ ｍｏｄｅ）：同 时给出样品表面形貌与成份 信息，不同元素可由其对比 度的不同加以分辨。
• 形貌模式（Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｍｏｄｅ）：在图像中去除了成 份不同所造成的差异，强化 样品的３Ｄ信息，使样品表面 的凹凸起伏等微观结构更加 明晰。尤其适用于表面粗糙 度和缺陷分析。
操作简便，全程导航
Ｐｈｅｎｏｍ直观的用户界面、简便的触摸屏控制，以及各项自 动调节功能，使用户仅需极少的培训，就可以得到高质量的 图像。独一无二的设计将通常电子显微镜所具有的复杂性降 低到类似于光学显微镜的水平，使更多用户可以轻松操作。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
超高分辨率显微镜学习报告地空学院赵思源20141000215摘要：超高分辨率显微镜是近年来生命科学领域重要的研究手段之一。
2014 年诺贝尔化学奖颁发给超高分辨率显微技术领域的三位科学家，以表彰他们在该领域所作出的杰出贡献。
超高分辨率技术的典型代表有受激损耗、结构光照明以及单分子定位等。
这些技术的出现使得传统光学显微镜难以分辨的细胞器、分子等细节信息可以被观察到，帮助科学家从纳米尺度认识细胞内分子结构、定位以及相互作用。
关键词：光学衍射极限超分辨荧光成像受激发射损耗随机显微重构单分子成像Abstract: Super-resolution microscopy is one of the advanced means for the study of life sciences. The 2014 Nobel prize in Chemistry was awarded to three scientists for their contributions to the super-resolution microscopy. Representative techniques achieving super-resolution are stimulated-emission, structured-illumination, and singlemolecule localization. The advancement of these techniques enable the visualization of the detail in cell organelle, macromolecules, and the localization of molecules. Such kind of information was unresolvable under traditional optical microscopes and will help understand the structure, location, interaction of molecules within cells in nanometer scale.Key words: Optical diffraction limit; Super-resolution fluorescence imaging; Stimulated emission depletion (STED) ; Stochastic reconstruction microscopy; Single molecule imaging1 光学显微成像的衍射极限生物医学成像技术是基础生物学研究和临床医学最重要的工具之一。
回顾历史，已有多位科学家凭借在成像技术方面的突破获得诺贝尔奖。
其中，Ｒoentgen 因发现X 射线获得1901 年诺贝尔物理学奖; Zernike 因发明相衬显微镜获得1953 年诺贝尔物理学奖; Ｒuska 的电子显微镜以及Binning 和Rohrer 的扫描隧道显微镜获得1986 年诺贝尔物理学奖; Lauterbur 和Mansfield 因发明核磁共振成像技术共同获得2003 年诺贝尔生理医学奖。
在刚刚过去的2014 年，诺贝尔奖评审委员会再一次肯定成像技术的重要性，将诺贝尔化学奖授予发展超分辨率荧光显微成像技术的3 位科学家。
他们分别是来自美国霍华德·休斯医学研究所的Eric Betzig、德国马普生物物理化学所的Stefan W．Hell和美国斯坦福大学的William E．Moerner(图1) 。
图1 获得2014 年诺贝尔化学奖的3 位科学家光学显微成像的起源大约可以追溯到16世纪末荷兰眼镜商Janssen和他的儿子发明的原始光学显微镜。
他们把两个凸透镜安装在一个筒中，发现这种组合可以放大物体。
在之后的几十年中，荷兰人Anthony Von Leeuwenhoek和英国人Robert Hooke在成像原理和实践中不断改进，实现了现代光学显微镜的雏形。
Leeuwenhoek第一次观察到了牙缝中的细菌; 而Hooke则于1665年在显微镜下看到了软木塞的微小结构并将其命名为细胞(cell)，成为生物学研究的一个里程碑。
在接下来的300 多年里，各种基于光学显微的生物成像技术不断涌现，生物学家也因此取得了一个接一个重大发现。
虽然光学显微镜如此有用，但生物学家一直不满意其分辨率。
特别是细胞生物学家在观察细胞内部结构时图像模糊，无法看清楚细节。
在实际操作中，有多种因素会影响光学成像的清晰度，包括样品自身的背景光以及对光的吸收、散射和折射等光与物质的相互作用过程，也包括物镜的色差、球差、透光度和成像元件的灵敏度等硬件因素。
在这些因素之外，光学成像的分辨率的理论极限则是由光的衍射决定的。
早在1835年，英国科学家George B．Airy就提出了“爱里斑(Airy disk) ”的概念( 图2) : 由于光的衍射，即使一个无限小的发光点在通过透镜成像时都会形成一个弥散的图案，即爱里斑，而其在像平面处的光强分布函数称为这个光学系统的点扩散函数(point spread function，PSF) 。
图2George B．Airy 和他提出的爱里斑1873年，德国著名科学家Ernst Abbe揭示了由于光学成像有限孔径下光的衍射效应产生的Airy disk与成像分辨率之间的关系，即著名的阿贝光学衍射极限理论(Abbe's diffraction limit)。
d =(1)式中d是分辨率，λ是光的波长，n是介质的折射率，θ是聚焦光锥的半角。
nsinθ又称为数值孔径(numerical aperture，NA)。
基于这个公式可以看出，对于可见光波段(波长400～700nm)以水为介质的成像，由于水的折射率为1.33，而sinθ最大值是1，则其分辨率极限约为150nm。
当然，θ角无法达到90度，而实际上水镜的数值孔径(NA) 一般在1左右。
所以通常可以定义成像分辨率约为光的波长的一半，即当两个点光源相距200nm以内时，它们的Airy disk 会有很大的重叠而无法区分; 同时这个公式也限定了光束聚焦形成光斑的最小尺寸约为光波长的一半。
阿贝光学衍射极限理论给了我们基本的物理极限，意义重大，因此Abbe 的这个经典公式也成为了他墓碑上的全部内容(图3) 。
图3Ernst Abbe 揭示了光学成像中著名的阿贝光学衍射极限理论( Abbe's diffraction limit) ，其经典公式成为他墓碑上的全部内容关于阿贝光学衍射极限还有两点值得一提。
一是该衍射极限对分辨率的限制也适用于其他基于物质波成像的技术，从X 射线到超声成像。
像X 射线和电子显微镜的成像波长远远小于可见光的波长，因此有非常高的空间分辨率。
但可惜这两个技术目前在活体成像方面还有很多困难，另外也不容易像荧光显微镜一样对目的分子实现特异成像和观察。
另外一点是这个200nm的分辨率极限正好对生物学研究有很大的制约。
首先，很多亚细胞结构和细胞器的尺度都是几百纳米到几微米，而最常用的模式生物之一大肠杆菌也就是2微米长、0.5 微米粗。
在这些情况下，200nm的分辨率极限制约了我们对于细节的观察。
另外，细胞本身是高度拥挤的，即使目的分子的细胞内浓度只有1μmol/L，在光学衍射极限的200nm 见方的立方体中也有5 个目的分子，而衍射极限的存在却使我们无从知道这个体积内的具体分子数目，也无法区分它们。
因此，生物学研究迫切地需要“突破”衍射极限的超高分辨率显微成像技术。
2 “突破”光学显微成像的衍射极限实际上，衍射极限是一种远场(far-field) 效应，在近场(near-field) 条件下无效。
因此早期的一些尝试突破光学衍射极限的努力都是基于近场光学成像的。
像这次诺贝尔奖得主Eric Betzig 就早在1993年发展了扫描近场光学显微镜，首次实现了室温下的单分子超分辨率成像。
然而，近场光学显微镜无法用于细胞内部的成像，因此在生物领域的应用一直没有发展起来。
后期的各种“突破”光学衍射极限的努力都是在远场条件下发展起来的。
超高分辨率显微成像一般指在远场条件下基于荧光的、“突破”衍射极限的光学显微成像技术。
荧光是物质吸收光照后发出的一类光。
物质分子中的电子分布在不同的能级上。
当一束光打到分子，分子具有一定的概率吸收光子，同时其处在基态的电子会跃迁到更高能量的激发态能级。
处在激发态的电子有多种途径回到基态，其中一条途径就是发出一个光子(荧光) ，释放能量回到基态。
发射光子的能量小于被吸收的光子，因此荧光的波长比激发光的波长要长。
荧光显微镜利用了荧光发射光波长比吸收光波长较长这一重要原理，通过光路设计，分开激发光和发射光，大幅降低了成像的背景。
结合灵敏的检测器件，在优化条件下，荧光显微镜还可以检测单个荧光分子发出的极其微弱的荧光，成为单分子成像的最佳选择，其发展也奠定了这次诺贝尔化学奖的半壁江山。
除了低背景和高灵敏度，荧光显微镜还通过对特定分子进行标记，具备很高的特异性。
这一系列特点使得荧光显微镜成为生物学研究中最常用的一种光学显微镜。
超高分辨率荧光显微技术通过应用一系列物理原理、化学机制和算法“突破”了光学衍射极限，把光学显微镜的分辨率提高了几十倍，使我们能以前所未有的视角观察生物微观世界。
目前的超高分辨率荧光显微技术大体可分为两类，一类通过调制照明光斑缩小系统的点扩散函数来实现超分辨成像，主要贡献者包括这次诺贝尔奖得主Stefan Hell 以及Mats Gustafsson; 另一类则是基于单分子定位的超分辨技术，主要贡献者包括这次诺贝尔奖得主Eric Betzig、W．E．Moerner 以及哈佛大学庄小威教授和Samuel Hess。
2．1 基于点扩散函数调制的超分辨技术此次获奖的德国科学家Stefan Hell 现为德国哥廷根大学教授和德国马克斯·普朗克生物物理化学研究所所长。
他在1994 年还在做博士后的时候就最先提出了受激发射损耗的方法(stimulated emission depletion，简称STED) 来打破光学衍射极限。
其原理非常朴素但却十分巧妙。
前面提到由于衍射极限的存在，光束聚焦的光斑尺寸不能无穷小，而是限定为光的波长的一半，这对应了荧光显微镜中聚焦激光光斑的点扩散函数。
理论上，如果能缩小激光光斑就可以实现超分辨成像。
Hell 的基本想法是在激发光斑点扩散函数周围套上一个环形点扩散函数，以“擦除”激发光斑的外围，从而使得激发光斑“变小”(图4) 。